เปอร์เซ็นต์การลดการดึงเย็นของท่อปลอกฮีตเตอร์ 316L ควบคุมความเครียด-การก่อตัวของมาร์เทนไซต์ที่เหนี่ยวนำและผลที่ตามมาต่อการซึมผ่านของแม่เหล็กและความต้านทานการแตกตัวของไฮโดรเจนได้อย่างไร

การเปลี่ยนรูปซึ่งชักนำให้เกิดการเปลี่ยนรูป: ดาบสองคม-

วิธีการทั่วไปที่สุดในการรับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและผิวสำเร็จที่แม่นยำสำหรับท่อความร้อนไฟฟ้าหุ้มด้วยสเตนเลสสตีล 316L ที่ผลิตโดยการวาดเย็นคือเปอร์เซ็นต์ที่ลดลง ซึ่งควบคุมสัดส่วนปริมาตรของความเครียด-โดยตรงของมาร์เทนไซต์ ( '-มาร์เทนไซต์) ที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูป. 316 L มีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า (<0.03%) than ordinary 316 making it more austenitically stable at room temperature and needing greater cold work levels to generate martensite. The martensite volume fraction that can be determined by magnetic permeability (μr) affects two important but conflicting service properties: magnetic permeability (important for applications that require non-magnetic sheaths such as MRI rooms or sensitive electronic equipment) and hydrogen embrittlement resistance (critical for cathodically protected systems or sour service). When the reduction percentage is below 20% the 316L stays practically entirely austenitic (μr <1.01, martensite <2%), giving excellent non-magnetic properties but with a lower yield strength. Martensite is formed gradually (μr =1.01-1.10, martensite 2-15%) with a 20-40% reduction, with an increase in yield strength but a decrease in resistance to hydrogen embrittlement. For reductions more than 40%, the martensite content is higher than 15-20% (μr >1.10) ซึ่งทำให้เกิดการตอบสนองทางแม่เหล็กสูงและความไวต่อการเกิดการเปราะของไฮโดรเจนเป็นอย่างมาก บทความนี้จะประเมินความสัมพันธ์ระหว่างการลดการวาดภาพด้วยความเย็น เศษส่วนของมาร์เทนไซต์ ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็ก และความต้านทานการเปราะของไฮโดรเจนสำหรับปลอกเครื่องทำความร้อน 316L

กลไกการเกิดมาร์เทนไซต์ที่เกิดจากความเครียดใน 316L

ออสเตนิติก 316L มีความเสถียรเมตา-เกี่ยวกับการผลิตมาร์เทนไซต์ในระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติก $\\gamma$ (FCC, พาราแมกเนติก) $\\to$ $\\epsilon$ (HCP, แม่เหล็กอ่อน) $\\to$ $\\alpha^\\prime$ (BCC, เฟอร์โรแมกเนติก) เศษส่วนปริมาตรของอัลฟ่า'-มาร์เทนไซต์เป็นไปตามกฎของโอลสัน-กฎโคเฮน: Valpha'=1 - exp(-betaxepsilon_plastic^n) (10) โดยที่ epsilon_plastic คือสายพันธุ์พลาสติกของแท้ ( epsilon_plastic=ln(1/(1-การลดลง)) betax เป็นปัจจัยที่ขึ้นกับอุณหภูมิ- และ n ประมาณ 2 สำหรับ 316L อุณหภูมิที่เกิดมาร์เทนไซต์ 50 % ที่ความเครียดจริง 30 % สำหรับ 316L อยู่ที่ประมาณ - 30 องศาถึง -50 องศา ซึ่งหมายความว่าที่อุณหภูมิปกติ การก่อตัวของมาร์เทนไซต์จะถูกจำกัดไว้ที่ 20-30% การเปลี่ยนแปลงนำไปสู่โครงสร้างจุลภาคซึ่งเป็นสองเฟส (ออสเทนไนต์ + มาร์เทนไซต์) หรือสามเฟส (ประกอบด้วย ε) และ มีคุณสมบัติตรงกลางระหว่างสเตนเลสออสเทนนิติกเต็มที่และสเตนเลสมาร์เทนซิติกล้วน

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างการลดความเย็น เศษส่วนของมาร์เทนไซต์ และสมบัติที่ 25 องศา

การวาดแบบเย็นแบบควบคุมของท่อ 316L (เริ่มต้น OD 12 มม. ผนัง 1.5 มม. อบอ่อนเต็มที่ที่ 1050 องศา ) ใช้เพื่อสาธิตการเชื่อมต่อระหว่างเศษส่วนของมาร์เทนไซต์ (การเลี้ยวเบนของรังสี X-) ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็ก (เฟอร์ไรต์สโคป) และพารามิเตอร์ทางกล

Cold Drawing Reduction (%) True Strain (ε=ln(1/(1-R))) '-เศษส่วนของปริมาตรมาร์เทนไซต์ (%)ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็ก (μr, 25 องศา ) กำลังของผลผลิต (MPa, ออฟเซ็ต 0.2%) การยืดตัว (%) แนะนำสำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่แม่เหล็ก (<1.05 μr Recommended for Sour/Hydrogen Service
0 (อบอ่อน) 0.00 0 1.00-1.01 205 50 ใช่ ใช่ 5 0.05 0 1.00-1.01 240 45 ใช่ ใช่ 10 0.11 0 1.01-1.02 280 40 ใช่ ใช่ 15 0.16 0-1 1.02-1.03 320 35 ใช่ ใช่ 20 0.22 1-2 1.03-1.05 360 30 ส่วนขอบที่ยอมรับได้ 25 0.29 2-4 1.05-1.07 400 25 ไม่ใช่ ส่วนขอบ 30 0.36 4-7 1.07-1.10 440 20 ไม่ใช่ ไม่ใช่ (การแตกตัวของ H สูง) 35 0.43 7-12 1.10-1.15 480 18 ไม่ใช่ ไม่ใช่ 40 0.51 12-18 1.15-1.25 520 15 ไม่ใช่ ไม่ใช่ 45 0.60 18-25 1.25-1.40 560 12 ไม่ใช่ ไม่ใช่ 50 0.69 25-35 1.40-1.70 600 10 ไม่ใช่
ผลของปริมาณมาร์เทนไซต์ต่อความต้านทานต่อการแตกตัวของไฮโดรเจน

The susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) of 316L heater sheaths in cathodically protected systems or sour service (H2S-containing) rises with martensite content because the BCC structure of martensite shows substantially higher hydrogen diffusivity and solubility than FCC austenite. The HE thresholds are given in the table below. α'-martensite fraction (%)Hydrogen Diffusivity at 25 oC (cm2/s, relative to austenite =1) Time to HE Cracking in NACE TM0177 Solution A at 25 oC 75% yield (hours)Maximum Permissible Cold Reduction for Sour Service (Recommended) 0 1X >720 (ผ่าน) ใด ๆ (ละลาย)
1-3 5-10× 500-720 (เส้นขอบ)<20% reduction
3-5 20-30× 200-500 (fail)Not permitted 5-10 50-80× 50-200 (fail)Not allowed >10 >100× <50 (severe) Not allowed
ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กที่จำเป็นสำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่-แม่เหล็ก

การซึมผ่านของแม่เหล็กสูงสุด (เช่น μr<1.01 or <1.05) is specified for 316L sheaths for MRI rooms, or sensitive electronic equipment, or degaussing systems. Limits on cold decrease are as follows.

การใช้งาน สูงสุด μr อนุญาต การลดความเย็นสูงสุด (% ) เส้นทางการผลิตที่แนะนำ เศษส่วนมาร์เทนไซต์ที่สอดคล้องกัน
ห้อง MRI (วิกฤต) 1.01<10% 0% Fully annealed, + no cold work
อุปกรณ์ลำแสงอิเล็กตรอน 1.02<15% 0-1%Light cold working + finish anneal
ทั่วไปที่ไม่ใช่-แม่เหล็ก 1.05<22% <2% Cold drawn + tension reliefing
Commercial (no specification) >1.05 (ใดๆ) ข้อมูลจำเพาะเชิงปฏิบัติใดๆ สำหรับการผลิตปลอกตัวทำความร้อน 316L

สำหรับผู้ซื้อที่ระบุท่อ 316L สำหรับสถานการณ์การบริการต่างๆ แนะนำให้ใช้ข้อจำกัดในการลดการเกิดความเย็นดังต่อไปนี้:

เงื่อนไขการบริการ การลดการวาดภาพด้วยความเย็นสูงสุด (%) ที่ต้องการ การอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้าย ความต้านทาน HE สูงสุด μr ต่ำสุด
ไม่ใช่-แม่เหล็ก (MRI, อิเล็กทรอนิกส์) 10 อบอ่อนเต็มที่หลังจากวาด 1.02 ดี
อุตสาหกรรมทั่วไป (ไม่มีคลอไรด์ ไม่มี H2S) 30 ไม่มี (ตาม-ที่ยอมรับได้) 1.10 (มี) ไม่จำเป็น
บริการคลอไรด์ (<500 ppm, <80°C) 20 Stress relief 400°C, 1h 1.05 OK
Sour service (H2S >10 ppm) 15 การหลอมสารละลายแบบเต็ม 1.03 จำเป็น (ผ่าน NACE)
ป้องกัน Cathodically (ทางทะเล) 15 บรรเทาความเครียด 450 องศา 2 ชม. 1.03 ยอมรับได้
High strength (pressure vessels) 40 None >1.15 แย่ (ไม่ใช่สำหรับ H2S)
การตรวจสอบเนื้อหามาร์เทนไซต์และคุณสมบัติ

Buyers who require specified restrictions have three verification options available. The first is a non-destructive measurement with a ferritescope, which gives μr values with a precision of ±0.005-0.01. The second is X-ray diffraction (XRD) coupled with Rietveld refinement for accurate measurement of α'. The final test is a simple magnetic attraction test: if a permanent magnet clings strongly to the sheath, then μr >1.10 (ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่-แม่เหล็ก) สำหรับการต้านทาน HE ข้อกำหนดในการอนุมัติจะต้องไม่มีการแตกร้าวในการทดสอบ NACE TM0177 (720 ชั่วโมง 25 องศา สารละลาย A พร้อม H₂S)

สรุป: การกำหนดขีดจำกัดการลดความเย็นสำหรับ 316L ตามความต้องการในการบริการ

สำหรับท่อปลอกฮีตเตอร์สแตนเลส 316L % ที่ลดลงของการดึงเย็นเป็นปัจจัยควบคุมโดยตรงในการก่อตัวของมาร์เทนไซต์ที่เกิดจากความเครียด- ซึ่งจะกำหนดความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กและความต้านทานการเปราะของไฮโดรเจน สำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่-แม่เหล็ก (μr<1.01-1.05) cold reduction must be minimised to <10-15% with a final anneal. For HE resistant sour or cathodically protected service, cold decrease must be limited to < 15-20% with stress relief or full anneal. For general industrial service where neither attribute is critical reductions of 30-40% are tolerable. Engineers designing 316L sheaths have to define maximum magnetic permeability or minimum HE resistance criteria dependent on the environment of operation. The framework presented here correlates the cold reduction percentage to the martensite volume fraction and its two critical consequences-magnetic response and hydrogen embrittlement susceptibility, and enables buyers to choose the best drawing reduction and post-drawing heat treatment for their particular application.